Por primera vez, los astrónomos han encontrado evidencia inequívoca de dióxido de carbono en la atmósfera de un exoplaneta (un planeta fuera de nuestro sistema solar).

El descubrimiento, aceptado para su publicación en Nature y publicado en línea el 24 de agosto , demuestra el poder del Telescopio Espacial James Webb (JWST) para ofrecer observaciones sin precedentes de las atmósferas de exoplanetas.

Natalie Batalha, profesora de astronomía y astrofísica en UC Santa Cruz, lidera el equipo de astrónomos que realizó la detección, utilizando JWST para observar un planeta con la masa de Saturno llamado WASP-39b que orbita muy cerca de una estrella similar al Sol a unas 700 luces luz. años de la Tierra.

“Observaciones anteriores de este planeta con Hubble y Spitzer nos habían dado indicios tentadores de que podría haber dióxido de carbono presente”, dijo Batalha. “Los datos del JWST mostraron una característica inequívoca del dióxido de carbono que era tan prominente que prácticamente nos gritaba”.

El dióxido de carbono es un componente importante de las atmósferas de los planetas de nuestro sistema solar, y se encuentra en planetas rocosos como Marte y Venus, así como en gigantes gaseosos como Júpiter y Saturno. Para los investigadores de exoplanetas, es importante como gas que probablemente podrán detectar en pequeños planetas rocosos y como indicador de la abundancia general de elementos pesados ​​en las atmósferas de los planetas gigantes.

“El dióxido de carbono es en realidad una vara de medir muy sensible, la mejor que tenemos, para los elementos pesados ​​en las atmósferas de los planetas gigantes, por lo que el hecho de que podamos verlo con tanta claridad es realmente fantástico”, dijo el coautor Jonathan Fortney, profesor de astronomía y astrofísica. en la UCSC y director del Laboratorio de Otros Mundos .

Las estrellas y los planetas gigantes gaseosos están formados principalmente por los elementos más ligeros, hidrógeno y helio, pero la abundancia de elementos más pesados ​​(lo que los astrónomos llaman “metalicidad”) es un factor crítico en la formación de planetas, explicó Fortney.

“La capacidad de determinar la cantidad de elementos pesados ​​en un planeta es fundamental para comprender cómo se formó, y podremos utilizar esta vara de medir el dióxido de carbono para una gran cantidad de exoplanetas para desarrollar una comprensión integral de la composición de los planetas gigantes”. ,” él dijo.

El equipo de Batalha observó WASP-39b como parte de un programa científico de lanzamiento temprano de JWST para estudiar exoplanetas en tránsito. Un planeta en tránsito pasa frente a su estrella visto desde la Tierra, lo que permite a los astrónomos analizar la luz estelar que pasa a través de la atmósfera del planeta, donde gases como el dióxido de carbono absorben ciertas longitudes de onda de luz.

Utilizando el espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRSpec) en JWST, el equipo obtuvo un “espectro de transmisión” de alta resolución que muestra la luz transmitida a través de la atmósfera de WASP-39b separada en las longitudes de onda que la componen. Batalha dijo que los datos arrojaron “curvas de luz exquisitas” y mostraron que el instrumento NIRSpec está superando las expectativas para la espectroscopia de transmisión. Esto es un buen augurio para las observaciones de pequeños planetas rocosos, que se espera que tengan dióxido de carbono en sus atmósferas (cuando tengan atmósferas) pero que no darán una señal tan fuerte como la de un planeta gigante como WASP-39b.

“Esta detección servirá como un punto de referencia útil de lo que podemos hacer para detectar dióxido de carbono en planetas terrestres en el futuro”, dijo Batalha. “Es el gas atmosférico más probable que detectemos con JWST en atmósferas de exoplanetas de tamaño terrestre”.

Además del dióxido de carbono, los investigadores detectaron otra característica interesante en el espectro de WASP-39b que aún no han identificado. “Es una característica misteriosa por ahora”, dijo Batalha. “En este artículo, nos centramos en una gama estrecha de colores infrarrojos; esto es sólo una vista previa de las características que esperamos ver en todo el espectro”.

Fortney señaló que WASP-39b parece tener una composición similar a la de Saturno. La metalicidad de Saturno es 10 veces mayor que la del Sol, y WASP-39b también parece estar enriquecido en elementos pesados ​​unas 10 veces en relación con el Sol.

“Eso es muy interesante y nos encantaría saber si todos los planetas con la masa de Saturno tienen la misma metalicidad”, dijo. “Fue emocionante ver esto en otro sistema, porque no sabíamos qué esperar cuando pasáramos de los planetas de nuestro sistema solar a las atmósferas de exoplanetas”.

Ubicado en la constelación de Virgo, WASP-39b está más de 20 veces más cerca de su estrella que la Tierra del sol. Aunque tiene aproximadamente la misma masa que Saturno, es menos denso y aproximadamente un 50 por ciento más grande, probablemente debido al calentamiento por estar tan cerca de su estrella anfitriona. Observaciones anteriores mostraron que tiene cielos relativamente despejados, lo que lo convierte en un buen objetivo para la espectroscopia de transmisión.

Cuando se publicaron los primeros datos del JWST en julio, los investigadores de exoplanetas de la UCSC estaban recibiendo a 45 astrónomos visitantes para el Programa anual de verano de exoplanetas del Laboratorio de Otros Mundos. “Estábamos todos acurrucados alrededor de la computadora portátil, viendo por primera vez el espectro y maravillándonos”, dijo Batalha. “Es un sentimiento tremendo, casi eufórico, ver algo por primera vez que ningún otro ser humano ha visto antes; de eso se trata la ciencia”.

Además de Batalha y Fortney, el equipo científico de liberación temprana de la comunidad de exoplanetas en tránsito del JWST incluye a Xi Zhang, profesor asociado de ciencias terrestres y planetarias en UCSC, los becarios postdoctorales Aarynn Carter y Kazumasa Ohno, el estudiante graduado Sagnick Mukherjee, el ex alumno Zafar Rustamkulov (ahora graduado estudiante de la Universidad Johns Hopkins), y la ex becaria postdoctoral Natasha Batalha (ahora en NASA Ames), así como una larga lista de coautores en todo el mundo.

El Telescopio Espacial James Webb es un programa internacional liderado por la NASA con sus socios, la Agencia Espacial Europea y la Agencia Espacial Canadiense, y es operado por el Instituto Científico del Telescopio Espacial.

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